安培力的演示实验二
- 格式：doc
- 大小：100.50 KB
- 文档页数：7
下载文档原格式
合集下载
《探究安培力》课件
安培力的作用和意义
1 引发电磁感应
安培力是电动机、发电机等电磁设备的核心。
2 驱动电动机
安培力使得电动机的转子开始运动。
3 应用于磁共振成像
安培力用于生成强磁场，使磁共振成像成为可能。
安培力的定义和公式推导
安培力
安培力是电流通过导体所产生的磁场所引起的一种 力。
公式推导
根据洛伦兹力定律，安培力的大小公式为F = BIL。
《探究安培力》PPT课件
探索安培力的作用和意义，介绍安培力的定义、推导及其与磁场的关系。展 示典型安培力的实验演示以及应用在工业生产、电力场景和磁共振成像中的 作用。
安培力与国际单位
什么是安培？
安培是国际电流单位，用于 衡量电流强度。
国际单位符号
安培的国际单位符号是A， 原名国际安培。
安培力
安培力是由电流所产生的磁 场所引起的一种力。
3 电压稳定
安培力保持电压的稳定性， 确保电力供应的质量。
安培力在磁共振成像中的作用
磁共振成像（MRI）
安培力生成强磁场，用于磁共振成像中的信号检测 和图像重建。
医学应用
安培力在磁共振成像中被广泛应用于医学诊断和研 究。
洛伦兹力和安培力的区别
洛伦兹力
洛伦兹力是带
安培力是由电流通过导体所产生的磁场所引起的一 种力。
典型安培力的实验展示
1
安培环实验
通过安培环实验展示安培力的作用和稳定性。
2
螺线管实验
利用螺线管实验观察安培力对导线的影响。
3
电磁铁实验
使用电磁铁实验演示安培力的强大吸力。
安培力和磁场的关系
磁场线
安培力的方向与磁场线的方向相 互垂直。
4.演示实验：安培力教程
画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
【答案】由左手定则作答。
【注意】安培力的方向永远与导线垂直。
动手练
试用左手定则判断安培力的方向
I2
F F
F
F
I1
I2
同向电流相互吸引
×
F
I1
结论：异向电流相互排斥；
I
S S
N
特别强调
• 安培力的方向：既跟磁场方向垂直， 又跟电流方向垂直，即安培力的方 向总是垂直于磁感线和通电导线所 在的平面． • 不管B和I的夹角是多少，力一定垂 直于B和I构成的平面！
如图11-2-4所示，给一根松弛的导体线圈中 通上电流，线圈将会 (A) A.纵向收缩，径向膨胀 B.纵向伸长，径向膨胀 C.纵向伸长，径向收缩 D.纵向收缩，径向收缩
如图11-2-7所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形磁铁 磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I 时，导线的运动情况是(从上往下看) ( A )
二.安培力的大小 【猜想与验证】影响安培力的因素 ①磁场的强弱 ②电流的大小 ③电流的长度 物理学规定：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所
受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强
度。用B表示。
F 即： B IL
单位：特斯拉（T）
1.当电流与磁场方向垂直时
F = ILB
2、当电流与磁场平行时 I B
左手定则：由M流向N（向右）
F安=BIL
mg
如图所示，放在平行光滑导轨上的导体棒ab质量为m，长为l，两 导轨所在平面与水平面成30°角，导体棒与导轨垂直，空间有竖 直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，若在导体中通以由 b 端 3m g 至 a端的电流，且电流为 时，导体棒可维持静止状态。
新版 第四节 安培力(共47张PPT)学习PPT
［问题］该磁场是否匀强磁场？ 该磁场并非匀强磁场
［问题］该磁场的特点？
在以铁芯为中心的圆圈上，
各点的磁感应强度B的大小是相等的.
2、电流表的工作原理
1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管
磁通铁对电桌面线的压力圈增大转，不到受桌面什摩擦么力作角用 度，它的平面都跟磁感应线平行，当
表盘的刻度均匀，θ∝I
b
（2）两个电流不平行时，总有作用到方
向相同的趋势。
3.电流元分析法：
把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段 就是一个电流元。先用左手定则判断出每小段电流元 受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的 方向，从而确定导体的运动方向。
例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬
挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线 圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内
导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的
磁感应强度为B,求导线abc所受安培力的大
小和方向.
a
Fab BIL Fabc 2BIL
Fbc BIL
b
c
【例3】如图所示，两平行光滑导轨相距，与水平 面夹角为450，金属棒MN的质量为，处在竖直向上 磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V， 内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多 少？(其他电阻不计)
与导线的长度、电流强度 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
通电线圈在磁场中受安培力的作用发生转动
都成正比，其比值与该处 F = ILBsinθ
欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）
的磁场强弱有关。导线与 如图所示，通电直导线A与通电导线环B固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流时,通电直导线受到水平向
［问题］该磁场的特点？
在以铁芯为中心的圆圈上，
各点的磁感应强度B的大小是相等的.
2、电流表的工作原理
1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管
磁通铁对电桌面线的压力圈增大转，不到受桌面什摩擦么力作角用 度，它的平面都跟磁感应线平行，当
表盘的刻度均匀，θ∝I
b
（2）两个电流不平行时，总有作用到方
向相同的趋势。
3.电流元分析法：
把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段 就是一个电流元。先用左手定则判断出每小段电流元 受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的 方向，从而确定导体的运动方向。
例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬
挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线 圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内
导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的
磁感应强度为B,求导线abc所受安培力的大
小和方向.
a
Fab BIL Fabc 2BIL
Fbc BIL
b
c
【例3】如图所示，两平行光滑导轨相距，与水平 面夹角为450，金属棒MN的质量为，处在竖直向上 磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V， 内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多 少？(其他电阻不计)
与导线的长度、电流强度 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
通电线圈在磁场中受安培力的作用发生转动
都成正比，其比值与该处 F = ILBsinθ
欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）
的磁场强弱有关。导线与 如图所示，通电直导线A与通电导线环B固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流时,通电直导线受到水平向
安培力的演示实验二
安培力的演示实验目的：观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。
观察磁聚焦现象实验目的：演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。
视错觉演示实验目的：通过对物理现象的观察与实验，深入了解人体的感觉机制。
本实验就是观察光的视错觉现象。
弹性球碰撞演示实验目的：1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。
2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。
3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。
安培力的演示实验仪器：①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
⑦是通电接线柱。
⑧是底座。
光电效应实验器材：光电效应演示仪器磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
⑦是通电接线柱。
⑧是底座。
光电效应实验器材：光电效应演示仪器磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪②③视错觉演示实验器材：视错觉演示仪④⑤1、转速为10转/分的电机，带动直径为1.5cm的竖直圆柱沿一定方向转动。
2、圆柱上端有一固定梯形平面窗。
弹性球碰撞演示实验器材：碰撞球实验仪安培力的演示实验原理：通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。
实验发现，对直导线，安培力的大小与方向由下式表示：可见，力、电流和磁场三者成右手法则。
当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。
即：伸直左手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。
探究安培力
如图，倾角为θ＝ ° 例：如图，倾角为 ＝30°的光滑导轨上端接入一电动势 E=3v，内阻不计的电源。滑轨间距 ，内阻不计的电源。滑轨间距L=10cm。将一个质量 。 的金属棒水平放在滑轨上， 为m=30g，电阻 ，电阻R=0.5Ω的金属棒水平放在滑轨上，若滑 的金属棒水平放在滑轨上 轨处在垂直于滑轨平面的匀强磁场中．当闭合开关后， 轨处在垂直于滑轨平面的匀强磁场中．当闭合开关后，
、T8
实验演示2： 实验演示 ：平行通电直导线间的作用
接电源
结论： 结论：同向平行电流相互吸引 反向平行电流相互排斥
接电源
练习2：见学海导航Ｐ 练习 ：见学海导航Ｐ78 T6
、T7
二、安培力的大小 实验演示3： 实验演示 ：
结论：电流越大，磁场越强， 结论：电流越大，磁场越强， 导线在磁场中的长度越长， 导线在磁场中的长度越长， 通电导线所受的安培力越大
θ
金属棒刚好静止在滑轨上． 金属棒刚好静止在滑轨上．求匀强磁场的磁感应强度大 小和方向． 小和方向． 解：先画出侧视图（三维 二维） 先画出侧视图（三维→二维 二维） 对导体棒受力分析如图 Ｅ 开关闭合后， 开关闭合后，有Ｉ＝ ＝６(A) Ｒ 导体平衡．Ｆ必沿斜面向上． ．Ｆ必沿斜面向上 垂直导轨平面向下． 导体平衡．Ｆ必沿斜面向上．故Ｂ垂直导轨平面向下． 由平衡条件得 F－mgsin θ ＝０ － 即BIL－mgsin θ＝0 － ＝ mgsin θ ∴ B＝ ＝ 0.25(T) IL
安培力计算式： 安培力计算式： Ｆ＝ＢＩＬ（在 Ｆ＝ＢＩＬ（在Ｂ⊥Ｌ时） Ｆ＝ＢＩＬsinθ（在Ｂ与Ｌ的夹角为θ时） （ Ｆ＝ＢＩＬ 的夹角为 时
公式说明： 公式说明： １、该公式适应于匀强磁场的安培力计算。 该公式适应于匀强磁场的安培力计算。 ２、Ｌ为有效长度。 、Ｌ为有效长度。 为有效长度 有效长度：导线两端点的连线在垂直磁场方向上的投影长度。 有效长度：导线两端点的连线在垂直磁场方向上的投影长度。
安培力定量演示实验
安培力定量演示实验邓兴龙;林明春【摘要】利用铅蓄电池、旋钮式调压器和数字式电流表等器件改进了安培力演示实验,改进后的实验装置能够定量地探究了安培力F与磁感应强度B、电流I、导线长度l及B与I的夹角θ的关系【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)009【总页数】3页(P55-56,60)【关键词】安培力;定量实验;磁感应强度;电流【作者】邓兴龙;林明春【作者单位】绵竹中学 ,四川绵竹618200;绵竹中学 ,四川绵竹618200【正文语种】中文【中图分类】G633.7高中物理安培力这一节涉及到2个演示实验：定性探究安培力F与电流大小I的关系，定性探究安培力F与导线长度l的关系，2个定性实验的结论笼统，无法精确探究与安培力有关的所有因素，更无法从实验中得出安培力大小的计算公式. 学生只能粗糙地感知与F有关的因素，却不能通过实验实现真正意义上的探究，寻找相关因素探究有关规律得出实验结论最后找到安培力大小计算公式，无法达到探究实验的目的，因此将定性实验加以改进形成完整的定量探究实验设备，辅助教学，并能够通过设计的实验装置，“一站式”完成定量探究F-B，F-I和F-l的正比关系以及F-θ的正弦函数关系，并能够通过实验数据得出安培力大小计算公式，以完成探究实验的目的.安培力定量演示实验装置如图1所示. 该装置用铅蓄电池代替学生电源，用旋钮式调压器代替滑动变阻器，用数字式电流表代替指针式电流表，读数方便快捷，携带方便.将磁铁受到的安培力的反作用力直接演化为导线圈受到磁场对其竖直方向的安培力. 从而能够通过电子秤将安培力F的大小量化,并通过滑动变阻器以及电流表量化电流I的大小,从而达到定量探究安培力F与电流I的关系. 选定n为60圈的线圈，通过改变I的大小得出数据(如表1所示)，利用Excel的图表功能拟合得到图2. 通过控制变量法以及描点绘图法作出F-I的函数关系图(过原点的直线)，得出安培力F∝I的实验结论.若要定量探究安培力F与导线长度l的关系，就得量化导线长度. 为此通过更换不同线圈匝数的导线圈的形式，达到调节变量l并量化的目的. 采用20，40，60，80，120匝共5组导线圈. 导线圈宽度为3 cm. 因此得到有效长度分别为0.6,1．2,1．8,2．4 m的5组不同长度导线圈，通过更换导线圈的方式改变导线长度，最后绘制F-l函数图像. 选定B=43 T，I=0.8 A,θ=90°，通过改变l的大小得出数据(如表2所示)，利用Excel的图表功能得到了图3. 根据函数图像得出安培力F∝l的函数关系.若要定量探究F-B的关系，首先是量化磁感应强度B的大小，并且能够改变B的大小从而完成定量探究目的，以改变平行磁铁(大面积平行磁铁之间的磁场为匀强磁场)之间的距离的方式，到达改变磁场大小的目的.改变距离从而改变B的大小，绘制函数图像得出F∝B的结论. 选定n=60圈，I=0.23 A，通过改变B的大小得出实验数据如表3所示，利用Excel的图表拟合得到图4.由以上3个定量探究实验得出F∝B，F∝I，F∝l从而得出F∝BIl的结论. 由于本实验每个数据都以国际制单位量化，因此本实验数据直接可以得出BIl的乘积在误差范围内等于F的关系式. 从而确定在BI垂直前提条件下安培力大小计算公式F=BIl. 若要定量探究F-θ的正弦函数关系，需通过旋转匀强磁场，并量化B与I夹角θ. 绘制F-θ函数图像得出F-θ的正弦函数关系. 选定n=40圈，I=0.4 A，通过改变θ的大小得出实验数据(如表4所示)，利用Excel的图表功能得到了图5.本实验误差较大，其最大原因是平行磁铁间并非真正的匀强磁场. 当磁场转到一定夹角时，导线圈靠近磁铁，使得磁场偏大从而产生严重误差. 但是依然能识别其正弦函数图像，得出实验结论F∝sinθ.最终得出安培力大小计算公式F=BIlsinθ.本文是笔者以安培力定性实验改定量实验的一次尝试，希望能够通过展示安培力实验的改进方法与过程，总结可以复制的改进实验的模式，让更多的高中实验变得生动有趣，让学生可以更多地参与到实验中，并从中得出结论，从而达到实验探究最根本的目的.。
3.4_磁场对通电导线的作用力 第二课时
B a
30° b
FN R E r
B
F
（2）.确定电流方向
（3）.根据左手定则确定受安培力的方向
（4）.根据受力情况判断运动情况
例1：把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的 圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通 入如图方向的电流后，判断线圈如何 运动？
S
N
从右向左看 电流逆时针流
S
N
从右向左看 电流逆时针流
方法一、电流元分析法
3.4 磁场对通电导线的作用力
安培力的方向
演示实验：按照图所示进行实验。 1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否 改变。
2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向， 观察受力方向是否变化
I I B I B
F
F
F
F
I
B
B
安培力的方向
F B I
左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟 四指垂直，让磁感线穿入手心，四指指向电流的方向， 这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。
答案C
【例2】画出图中第三者的方向。
B
B I
F I B I
F
【例2】画出图中第三者的方向。
B
I
B I
30 F ° F
I B
【例2】画出图中第三者的方向。
B
B
F
I
α
α α
安培力的大小
F = ILBsinθ (θ为B与L的夹角)
对公式的理解：
★不仅与B、I、L大小有关，还与放置方式有关 ★L是有效长度，不一定是导线实际长度
【例3】如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等 边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力 怎样求？大小多少？方向怎样？两力的合力大小方向
30° b
FN R E r
B
F
（2）.确定电流方向
（3）.根据左手定则确定受安培力的方向
（4）.根据受力情况判断运动情况
例1：把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的 圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通 入如图方向的电流后，判断线圈如何 运动？
S
N
从右向左看 电流逆时针流
S
N
从右向左看 电流逆时针流
方法一、电流元分析法
3.4 磁场对通电导线的作用力
安培力的方向
演示实验：按照图所示进行实验。 1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否 改变。
2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向， 观察受力方向是否变化
I I B I B
F
F
F
F
I
B
B
安培力的方向
F B I
左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟 四指垂直，让磁感线穿入手心，四指指向电流的方向， 这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。
答案C
【例2】画出图中第三者的方向。
B
B I
F I B I
F
【例2】画出图中第三者的方向。
B
I
B I
30 F ° F
I B
【例2】画出图中第三者的方向。
B
B
F
I
α
α α
安培力的大小
F = ILBsinθ (θ为B与L的夹角)
对公式的理解：
★不仅与B、I、L大小有关，还与放置方式有关 ★L是有效长度，不一定是导线实际长度
【例3】如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等 边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力 怎样求？大小多少？方向怎样？两力的合力大小方向
安培力演示仪实验报告
安培力演示仪实验报告篇一：安培力演示仪安培力演示仪实验现象观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。
将载流直导体铜棒水平放在支承导轨上，并调节其水平位置，使铜棒在马蹄形磁铁的磁场中间，接通电源并观察载流直导体铜棒在导轨上滑动的方向；改变电流流通的方向（电源后面板的红色开关），此时，载流铜棒将在导轨上沿相反方向滑动；通过底座导轨的滑块移动马蹄形磁铁，使磁场相对载流铜棒移动，可以观察到载流铜棒也跟着一起运动。
物理原理通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。
实验发现，对直导线，安培力的大小与方向由下式表示：F?Il?B。
可见，力、电流和磁场三者成右手法则。
当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。
即：伸直左手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。
仪器功能演示通电直导线在磁场中受力——安培力问题。
篇二：安培力的演示实验二安培力的演示实验目的：观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。
观察磁聚焦现象实验目的：演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。
视错觉演示实验目的：通过对物理现象的观察与实验，深入了解人体的感觉机制。
本实验就是观察光的视错觉现象。
弹性球碰撞演示实验目的：1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。
2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。
3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。
安培力的演示实验仪器：①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
安培力演示器实验报告
安培力演示器实验报告实验目的：1、在拓展知识面的同时训练学生的动手操作能力；记忆合金水车：形状记忆合金是一种特殊的功能材料，它可以记住加工好的形状，当外力或温度改变使其形状发生改变的时候，只要适当的加热就可以恢复原来的形状。
该装置让所选记忆合金周期性地与高温热源和低温热源接触，形状随之周期性地变化，从而驱动水车轮的转动，形象地展示了热变为功的过程和形状记忆合金的特性和用途。
该种形状记忆合金为镍钛合金，有双程记忆功能（即能记忆温度高低两种情况下的形状）可以有上百万次的变形和恢复。
镍钛合金还有相当好的生物相容性，相变温度较低，约在40-50℃，医学上用于脊柱侧歪、骨骼畸形等的矫正。
经典置换式热气机：利用酒精灯的热量驱动一组活塞、连杆和转轮往复运动，工作物质为封闭在透明活塞筒中的空气。
活塞和工作物质在往复过程中完成吸放热和能量转化，工作过程形象直观，是对热力学定律和热机原理极好的阐释。
其透明活塞材料为石英玻璃，主要特点是热胀冷缩系数小，透光性好。
耐腐蚀性强。
投影式伽耳顿板：可以用来验证大量随机物理事件共同遵循的统计物理规律。
统计物理规律因等概率假设则其结果可靠，在应用方面很广泛，比如相对论基本假设的提出等等。
辉光盘：利用低压气体分子在在高频强电场中激发、碰撞、电离、复合的过程，外界声音影响电场分布从而影响电子运动，在盘上显示出形状变化的荧光。
昆特管（声驻波演示）：利用管中泡沫小球在声驻波场中形成的“泡沫墙”将看不见的声波显示出来，实现了抽象概念的具象化。
该装置的缺点是无法消除静电的影响：泡沫小球帖在管内壁上。
气柱共鸣声速测量装置：通过气柱共鸣测量声速。
热声效应演示仪：所谓热声效应是指在可压缩流体的声震荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的均能量。
相当巧妙地利用谐振管中声驻波的能量，将热声堆下面的能量“泵”到上面来，使热声堆上下产生将近10℃的温差，是一种声制冷的方法。
其工作过程为：谐振管上部为一个热声堆，下部为一个扬声器。
安培力定量演示仪的设计与实验教学
安培力定量演示仪的设计与实验教学一、仪器设计背景现有高中物理教材中关于安培力有两方面的实验：一是如何确定安培力的方向，二是研究安培力的大小取决于哪些因素。
1.安培力的方向传统的实验装置如图1所示，用通过电流I的导体ef在水平轨道ab ，cd 上运动显示它在磁场B中受到了安培力。
在此特定条件下，导体运动v的方向恰好与安培力F的方向一致，在初中讨论安培力的方向，如此即可。
但在高中，若将磁场B改为非竖直方向（如图2所示），或使导体ef不与轨道垂直（如图3所示），会看到ef仍然沿轨道水平运动。
这表明在这种条件下，由v的方向并不足以判定安培力F的方向。
原因是其运动受到了轨道的约束。
再者，对于I与B 不垂直的情况（如图4所示），更没有合适的实验来正确显示F的方向。
安培力定量演示仪解决了上述问题，能够直接、正确地显示F的方向总是垂直于I与B所决定的平面。
2.安培力的大小定量验证公式：。
传统的仪器是20世纪80年代研制的“电流天平”，能够相当精确地验证F与B，I，L的关系。
不足之处是：不能验证F与I跟B的夹角θ的关系，使用杠杆平衡测力不便于操作，需要配备大电流（3～5A）直流电源。
安培力定量演示仪采用钕铁硼强磁体形成较大空间的磁场，灵敏的数字电子秤测力解决了上述问题，适于做定量测量和全面验证。
二、仪器设计要点安培力定量演示仪设计新颖，改变了过去常规仪器的束缚，创造了一种新的实验方法。
采用钕铁硼强磁体作为磁场源，磁性极强。
采用超级电容作为电源，可以产生一般电源不能供给的大电流。
加之设计中采用了特殊技术，使金属棒可以跳起明显可见的高度，克服了金属棒在通电的一刹那，作用时间过短，合力的冲量太小，金属棒的动量变化不大的状况。
还可以用微小力传感器测量安培力的大小。
安培力公式为，使用数字电子秤（量程2N，感量0.001 N）测量安培力F与电流I大小的数量关系；改变线圈在磁场中的长度L，可以研究安培力F与L的关系；改变磁感应强度B，可以研究安培力F与B的关系；改变磁场与电流方向的夹角，可以研究安培力F与夹角的正弦值sinθ的关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
安培力的演示实验
目的：观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。
观察磁聚焦现象实验目的：演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。
视错觉演示实验目的：通过对物理现象的观察与实验，深入了解人体的感觉机制。
本实验就是观察光的视错觉现象。
弹性球碰撞演示实验目的：
1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。
2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。
3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。
安培力的演示实验仪器：
①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
⑦是通电接线柱。
⑧是底座。
光电效应实验器材：光电效应演示仪器
磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪
①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱
上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
⑦是通电接线柱。
⑧是底座。
光电效应实验器材：光电效应演示仪器
磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪
②
③视错觉演示实验器材：视错觉演示仪
④
⑤1、转速为10转/分的电机，带动直径为1.5cm的竖直圆柱沿一定方向转动。
2、圆柱上端有一固定梯形平面窗。
弹性球碰撞演示实验器材：碰撞球实验仪
安培力的演示实验原理：
通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。
实验发现，对直导线，安培力的大小与方向由下式表示：可见，力、电流和磁场三者成右手法则。
当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。
即：伸直左手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。
观察磁聚焦现象实验原理：
如图1所示，当带电粒子沿与磁场成角方向以速度斜向进入磁场时，磁场对其的分运动作用，使之在垂直的平面内作匀速率圆周运动，磁场对的分运动无作用，粒子在沿方向上作匀速直线运动。
结果带电粒子沿方向作螺旋线运动。
⑥
⑦带电粒子的回旋半径：（1）
带电粒子的回旋周期：（2）
带电粒子的螺距：（3）
从式（2）可知，带电粒子的回旋周期与速度大小无关。
图2
设有许多速度大小相同、方向各异的带电粒子组成的带电粒子束从点出发，如图2所示。
因为带电粒子的回旋周期与带电粒子的速度无关，所以，所有带电粒子将同时回到所在的那条母线上。
又由于各带电粒子速度方向各异即不同，其各不相同，因此在同一时间内，它们沿母线前进的距离不等，即这些粒子不能会聚于点。
但当带电各粒子的角均很小时，，。
则从出发的带电各粒子将在时间内前进相同距离
（4）
而会聚于点，此即“磁聚焦”。
电子显微镜中的“磁透镜”就是根据此原理而制成的。
视错觉演示实验原理：
当人或动物观察物体时，基于经验主义或不当的参照形成的错误的判断和感知。
“角度感”、“形象感”、“立体感”等协同工作，并把图像根据摄入的信息在大脑虚拟空间中还原，还原等于把图像往外又投了出去（图三）。
虚拟位置能大致与原实物位置对准，这才是我们所见到的景物（图四）。
上图为人的视觉成像经过。
当外界物体反射来的光线带着物体表面的信息经过角膜、房水，由瞳孔进入眼球内部，经聚焦在视网膜上形成物象（图一）。
物象刺激了视网膜上的感光细胞，这些感光细胞产生的神经冲动，沿着视神经传入到大脑皮层的视觉中枢，即大脑皮层的枕叶部位，在这里把神经冲动转换成大脑中认识的景象（图二）。
这些景象的生成已经经过了加工。
弹性球碰撞实验原理：
由动量守恒和能量守恒原理可知，两个等质量刚性球弹性正碰时，它们将交换速度。
此装置使人们可自由组合联球个数，进行不同质量的交换速度碰撞的实验。
在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。
设两个球 A 、 B 质量均为m ，A 被抬起，而后回到最低点处的速度为v0, 发生碰撞后两球的速度分别为v1,v2, 应用动量守恒定律有：mv0=mv1+mv2 ；应用能量守恒定律有：mv02/2=mv12/2+mv22/2 两式联立解得：mv1=0,mv2=v0 发生弹性碰撞后，被碰撞的小球具有了与碰撞小球同样大小的速度，而碰撞小球则停止。
理解了这一过程，多个小球碰撞时可以进行同样的分析，实验现象就不难理解了。
事实上，由于两小球碰撞并非理想的弹性碰撞，还是有能量损失的，所以最后小球还是要停下来。
安培力的演示实验操作与现象：
1．将载流直导体铜棒水平放在支承导轨上，并调节其水平位置，使铜棒在马蹄形磁铁的磁场中间。
2．接通电源并观察载流直导体铜棒在导轨上滑动的方向。
3．改变电流流通的方向（电源后面板的红色开关），此时，载流铜棒将在导轨上沿相反方向滑动。
4．通过底座导轨的滑块移动马蹄形磁铁，使磁场相对载流铜棒移动，可以观察到载流铜棒也跟着一起运动。
观察磁聚焦现象实验操作：
1．打开电源开关，预热3分钟，在示波管显示屏上出现电子束光斑。
记住光斑形状。
2．调节灰度及位移旋钮，使光斑位于显示屏中央且灰度适中。
3．打开聚焦线圈磁场开关，则观察到在线圈的磁场作用下，电子束光斑会聚于显示屏中间一点，并与关闭磁场开关时的电子束光斑比较。
4．移动聚焦磁场线圈，仔细观察，可以看到，电子束的螺旋轨迹和光斑会聚过程。
5．关闭聚焦线圈电源即关闭磁场开关，外加一永久磁铁，将会观察到电子束在洛仑兹力的作用下产生偏转的现象。
视错觉演示实验操作：
接通开关，通过竖直圆柱带动梯形窗沿一定方向转动，观察者在离梯形窗3～5米处，用手将一只眼睛遮住，用另一只眼睛注视梯形窗，过一段时间你会感觉到，梯形窗不是朝一个方向转动，而是以你到竖轴所构的平面左右不停的摆动。
弹性球碰撞实验步骤：
1．将仪器放置在水平桌上，拉动左侧一个球使其偏离竖直方向一定角度，松手令它与余球碰撞，观察碰撞过程。
2．仿上述过程，一次拉动两球、三球，令它们与余球碰撞，观察碰撞过程。
3．手拿右（或左）n个球使其偏开平衡位置，突然松手，使其与余球碰撞，观察其他球跳起的情况，并进行分析。
⑧。